JP2015132562A - Characteristics analysis apparatus for branched light beam path, and branched light beam path characteristics analysis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバを分岐する光スプリッタの下流側の光ファイバ（以下では分岐光線路と称する）の特性を、光スプリッタの上流側から解析する技術に関する。 The present invention relates to a technique for analyzing the characteristics of an optical fiber downstream of an optical splitter that branches an optical fiber (hereinafter referred to as a branched optical line) from the upstream side of the optical splitter.
光センシングは構造物の周辺の歪みや温度変化をモニタリングする技術である。非特許文献１に記載のブリルアンＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）や、非特許文献２に記載のＢＯＣＤＡ（Brillouin Optical Correlation - domain analysis）などが知られている。非特許文献３に記載の、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を配置する方法も提案されている。 Optical sensing is a technology that monitors strain and temperature changes around structures. Brillouin OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) described in Non-Patent Document 1 and BOCDA (Brillouin Optical Correlation-domain analysis) described in Non-Patent Document 2 are known. A method of arranging FBG (Fiber Bragg Grating) described in Non-Patent Document 3 has also been proposed.
ＦＴＴＨ（Fiber to the Home）を志向する光通信分野では、ＰＯＮ（Passive Optical Network）型ネットワークにおける分岐光線路の特性（損失など）を個別にモニタリングしたいというニーズがある。関連技術が非特許文献４に開示される。非特許文献４に示される技術は、光スプリッタの上流側の光ファイバにプローブ光パルスとポンプ光パルスとを入射し、両光パルスの衝突位置でのブリルアン利得を解析して分岐光線路の特性分布を個別に測定するという技術である。さらに、関連する技術が非特許文献５にも開示される。 In the field of optical communication oriented to FTTH (Fiber to the Home), there is a need to individually monitor the characteristics (loss, etc.) of a branched optical line in a PON (Passive Optical Network) type network. Related technology is disclosed in Non-Patent Document 4. In the technique shown in Non-Patent Document 4, the probe light pulse and the pump light pulse are incident on the optical fiber upstream of the optical splitter, and the Brillouin gain at the collision position of both optical pulses is analyzed to analyze the characteristics of the branched optical line. This is a technique of measuring the distribution individually. Further, a related technique is also disclosed in Non-Patent Document 5.
非特許文献４および５に示される技術では、被測定光ファイバに一対のプローブ光パルスとポンプ光パルス（以下、パルス対と称する）が入射された後は、このパルス対が被測定光ファイバから排出されるのを待たねばならない。つまり第１波のパルス対を被測定光ファイバに入射後このパルス対が被測定光ファイバから消滅するまで、第２波以降のパルス対を被測定光ファイバに入射することができない。これは、プローブ光とポンプ光とが光ファイバ内で多重に衝突するとブリルアン利得ピークから正確な特性分布情報を取得できなくなるからで、よって測定に時間のかかることがネックである。 In the techniques disclosed in Non-Patent Documents 4 and 5, after a pair of probe light pulses and pump light pulses (hereinafter referred to as pulse pairs) are incident on the optical fiber to be measured, the pulse pairs are separated from the optical fiber to be measured. You have to wait for it to be discharged. That is, after the pulse pair of the first wave is incident on the optical fiber to be measured, the pulse pair after the second wave cannot be incident on the optical fiber to be measured until the pulse pair disappears from the optical fiber to be measured. This is because if the probe light and the pump light collide multiple times in the optical fiber, accurate characteristic distribution information cannot be obtained from the Brillouin gain peak, so that it takes a long time to measure.
しかも非特許文献４および５に示される技術では、ＳＮ比（信号対雑音比）を改善するために数万回のオーダで計測を繰り返して平均値を求めるようにしているので、必要な時間はますます長くなる。まして被測定線路が長いケースや分解能向上のため測定点を多点化したケースにおいては結果を得られるまでの時間はさらに長くなるので、抜本的な対処を求められている。 Moreover, in the techniques shown in Non-Patent Documents 4 and 5, in order to improve the S / N ratio (signal-to-noise ratio), measurement is repeated in the order of tens of thousands of times, and the average value is obtained. It gets longer and longer. Furthermore, in cases where the line to be measured is long or cases where the number of measurement points is increased to improve the resolution, the time until the result can be obtained is further increased, and thus drastic measures are required.
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、分岐光線路の個別の特性分布を高速で測定することの可能な分岐光線路の特性解析装置および分岐光線路の特性解析方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a branching optical line characteristic analyzing apparatus and a branching optical line characteristic analyzing method capable of measuring individual characteristic distributions of the split optical line at high speed. There is.
本発明に係る分岐光線路の特性解析装置は、例えば以下のような態様とする。
（１） 特性解析装置は、光スプリッタに接続される複数の分岐光線路に入射される試験光パルスを発生する試験光パルス発生部と、入射された試験光パルスに由来する戻り光パルスを受光して電気信号を発生する受光部と、電気信号を処理する信号処理部とを具備する。試験光パルス発生部は、光周波数の等しいＸ個（Ｘは２以上の自然数）のプローブ光パルスを発生するプローブ光パルス発生部と、複数の分岐光線路の遠端でそれぞれ反射されたＸ個のプローブ光パルスに分岐光線路内で対向伝搬して衝突時にプローブ光パルスとインタラクションするポンプ光パルスを発生するポンプ光パルス発生部と、受光された戻り光パルス同士の干渉を防止すべくＸ個のプローブ光パルスのパルス間隔を制御する制御部とを備える。信号処理部は、電気信号を解析して得られる戻り光パルスのブリルアン（Brillouin）利得スペクトル分布に基づいて複数の分岐光線路の特性を個別に解析する。
The characteristic analysis device for a branched optical line according to the present invention has, for example, the following aspects.
(1) The characteristic analyzer receives a test light pulse generator that generates a test light pulse incident on a plurality of branched optical lines connected to the optical splitter, and a return light pulse derived from the incident test light pulse. A light receiving unit that generates an electrical signal, and a signal processing unit that processes the electrical signal. The test optical pulse generator includes X probe optical pulse generators that generate X optical probes having the same optical frequency (X is a natural number of 2 or more), and X optical components that are reflected at the far ends of a plurality of branched optical lines. To prevent interference between the received return light pulses and a pump light pulse generator that generates a pump light pulse that propagates in the optical path of the probe in the opposite direction within the branch optical line and interacts with the probe light pulse at the time of collision. And a controller for controlling the pulse interval of the probe light pulse. The signal processing unit individually analyzes the characteristics of the plurality of branched optical lines based on the Brillouin gain spectrum distribution of the return optical pulse obtained by analyzing the electrical signal.
（２） 特性解析装置は、（１）において、最長の分岐光線路と最短の分岐光線路との長さの差をΔＬｍａｘとし、プローブ光パルスのパルス幅をτｐｒｏｂｅとし、光ファイバ中の光速をνとし、隣り合うプローブ光パルスの入射時間差をＴｓとしたとき、制御部は、Ｔｓ≧τｐｒｏｂｅ＋２ΔＬｍａｘ／νを満たすべくＸ個のプローブ光パルスのパルス間隔を制御する。 (2) In (1), the characteristic analysis apparatus sets ΔL max as the length difference between the longest branch optical line and the shortest branch optical line, and τ probe as the pulse width of the probe light pulse. When the light velocity is ν and the incident time difference between adjacent probe light pulses is T s , the control unit controls the pulse intervals of the X probe light pulses so as to satisfy T s ≧ τ probe + 2ΔL max / ν.
（３） 特性解析装置は、（１）において、ポンプ光パルスの光周波数をｆ０とし、既定の設定ブリルアン周波数シフトをｆＢとしたとき、プローブ光パルス発生部は、光周波数（ｆ０−ｆＢ）のプローブ光パルスを発生する。 (3) In (1), when the optical frequency of the pump light pulse is set to f 0 and the predetermined set Brillouin frequency shift is set to f B , the characteristic analyzing apparatus performs the optical frequency (f 0 − A probe light pulse of f B ) is generated.
（４） 特性解析装置は、（１）において、信号処理部が、プローブ光パルスとポンプ光パルスとの光周波数差を変化させ、戻り光パルスの光強度から得られる距離毎のブリルアン利得スペクトルの最大値を取るブリルアン周波数シフト量に基づいて、当該ブリルアン周波数シフト量の変化に寄与する物理量の特性分布を複数の分岐光線路毎に取得する。 (4) In the characteristic analysis apparatus, in (1), the signal processing unit changes the optical frequency difference between the probe light pulse and the pump light pulse, and the Brillouin gain spectrum for each distance obtained from the light intensity of the return light pulse. Based on the Brillouin frequency shift amount taking the maximum value, the characteristic distribution of the physical quantity contributing to the change in the Brillouin frequency shift amount is acquired for each of the plurality of branched optical lines.
また、本発明に係る分岐光線路の特性解析方法は、例えば以下のような態様とする。
（５） 特性解析方法は、光スプリッタに接続される複数の分岐光線路に試験光パルスを入射し試験光パルスに由来する戻り光パルスを受光する、分岐光線路の特性解析方法において、光周波数の等しいＸ個（Ｘは２以上の自然数）のプローブ光パルスを発生することと、受光された戻り光パルス同士の干渉を防止すべくＸ個のプローブ光パルスのパルス間隔を制御することと、Ｘ個のプローブ光パルスを入射することと、複数の分岐光線路の遠端でそれぞれ反射されたＸ個のプローブ光パルスに分岐光線路内で対向伝搬し衝突時にプローブ光パルスとインタラクションするポンプ光パルスを発生することと、Ｘ個のプローブ光パルスが入射された後にポンプ光パルスを入射することと、受光された戻り光パルスを電気信号に変換することと、電気信号を解析して得られる戻り光パルスのブリルアン（Brillouin）利得スペクトル分布に基づいて複数の分岐光線路の特性を個別に解析することとを具備することを特徴とする。
Moreover, the characteristic analysis method of the branched optical line according to the present invention is, for example, as follows.
(5) The characteristic analysis method is a characteristic analysis method for a branched optical line in which a test optical pulse is incident on a plurality of branched optical lines connected to an optical splitter and a return optical pulse derived from the test optical pulse is received. Generating X probe light pulses equal to each other (X is a natural number of 2 or more), controlling the pulse interval of the X probe light pulses to prevent interference between the received return light pulses, Pump light that enters X probe light pulses and propagates counter-propagating in the branch optical line to X probe light pulses reflected respectively at the far ends of a plurality of branch optical lines and interacts with the probe light pulse at the time of collision Generating a pulse; incident a pump light pulse after X probe light pulses are incident; converting a received return light pulse into an electrical signal; Analyzing the characteristics of a plurality of branched optical lines individually based on a Brillouin gain spectrum distribution of a return optical pulse obtained by analyzing an electrical signal.
（６） 特性解析方法は、（５）において、最長の分岐光線路と最短の分岐光線路との長さの差をΔＬｍａｘとし、プローブ光パルスのパルス幅をτｐｒｏｂｅとし、光ファイバ中の光速をνとし、隣り合うプローブ光パルスの入射時間差をＴｓとしたとき、制御することは、Ｔｓ≧τｐｒｏｂｅ＋２ΔＬｍａｘ／νを満たすべくＸ個のプローブ光パルスのパルス間隔を制御する。 (6) In the characteristic analysis method, in (5), the difference in length between the longest branch optical line and the shortest branch optical line is ΔL max , the pulse width of the probe light pulse is τ probe , When the light velocity is ν and the incident time difference between adjacent probe light pulses is T s , the control controls the pulse intervals of the X probe light pulses so as to satisfy T s ≧ τ probe + 2ΔL max / ν.
（７） 特性解析方法は、（５）において、ポンプ光パルスの光周波数をｆ０とし、既定の設定ブリルアン周波数シフトをｆＢとしたとき、プローブ光パルスを発生することは、光周波数（ｆ０−ｆＢ）のプローブ光パルスを発生する。 (7) In the characteristic analysis method, in (5), when the optical frequency of the pump light pulse is f 0 and the predetermined Brillouin frequency shift is f B , the generation of the probe light pulse is the optical frequency (f 0- f B ) probe light pulse is generated.
（８） 特性解析方法は、（５）において、解析することが、プローブ光パルスとポンプ光パルスとの光周波数差を変化させ、戻り光パルスの光強度から得られる距離毎のブリルアン利得スペクトルの最大値を取るブリルアン周波数シフト量に基づいて、当該ブリルアン周波数シフト量の変化に寄与する物理量の特性分布を複数の分岐光線路毎に取得する。 (8) In the characteristic analysis method in (5), the analysis is performed by changing the optical frequency difference between the probe light pulse and the pump light pulse, and the Brillouin gain spectrum for each distance obtained from the light intensity of the return light pulse. Based on the Brillouin frequency shift amount taking the maximum value, the characteristic distribution of the physical quantity contributing to the change in the Brillouin frequency shift amount is acquired for each of the plurality of branched optical lines.
本発明によれば、分岐光線路の個別の特性分布を高速で測定することの可能な分岐光線路の特性解析装置および分岐光線路の特性解析方法を提供することが可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the characteristic analysis apparatus of the branched optical line and the characteristic analysis method of a branched optical line which can measure the individual characteristic distribution of a branched optical line at high speed.
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に示される実施の形態は一例であり、本発明は以下の実施の形態に制限されるものではない。
図１は、実施形態に係る特性解析装置の一例を示すブロック図である。図１に示される特性解析装置は、被測定光ファイバ２３に試験光を入射し、その戻り光を解析して被測定光ファイバ２３の光線路特性を解析することが可能である。光線路特性は、例えば、距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、距離に対する温度変化量などである。試験光には２種類あり、一方はプローブ光と称される。他方はポンプ光と称され、プローブ光と対向伝搬してプローブ光にブリルアン利得を与える。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiment shown below is an example and this invention is not restrict | limited to the following embodiment.
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a characteristic analysis apparatus according to the embodiment. The characteristic analysis apparatus shown in FIG. 1 is capable of analyzing the optical line characteristics of the optical fiber to be measured 23 by entering test light into the optical fiber 23 to be measured and analyzing the return light. The optical line characteristics include, for example, the amount of light attenuation with respect to the distance, the position of the bending obstacle, the degree of bending, the position of the disconnection obstacle, the amount of temperature change with respect to the distance, and the like. There are two types of test light, one of which is called probe light. The other is called pump light and propagates in opposition to the probe light to give a Brillouin gain to the probe light.
プローブ光をパルス化してプローブ光パルスが得られる。ポンプ光をパルス化してポンプ光パルスが得られる。分岐光線路の遠端で反射されポンプ光パルスによるブリルアン増幅を受けて戻るプローブ光パルスを、戻り光パルスと称する。 Probe light pulses are obtained by pulsing the probe light. Pump light pulses are obtained by pulsing the pump light. The probe light pulse that is reflected at the far end of the branch optical line and returns after receiving Brillouin amplification by the pump light pulse is referred to as a return light pulse.
図１において、レーザ光源１１から出力される連続光は分岐素子１２で２分岐され、一方は光周波数シフタ１３および光パルス化装置１６を経てプローブ光パルス（第１試験光）となる。他方は光パルス化装置１８を経てポンプ光パルス（第２試験光）となる。 In FIG. 1, continuous light output from the laser light source 11 is branched into two by a branching element 12, one of which becomes a probe light pulse (first test light) through an optical frequency shifter 13 and an optical pulse device 16. The other becomes a pump light pulse (second test light) through the light pulse device 18.
ＬｉＮｂＯ３を用いた位相変調器、あるいはＳＳＢ（Single Side Band）変調器などを光周波数シフタ１３として用いることができる。この種の変調器にオシレータ１４から正弦波を与え、正弦波の周波数に応じて変調側波帯の周波数を変化させてプローブ光を外部変調し、周波数シフトを与えることができる。光周波数シフタ１３は、プローブ光の光周波数を既定の設定ブリルアン周波数シフトｆＢだけ変化させる。 A phase modulator using LiNbO 3 or an SSB (Single Side Band) modulator can be used as the optical frequency shifter 13. A sine wave is applied to this type of modulator from the oscillator 14, and the frequency of the modulation sideband is changed in accordance with the frequency of the sine wave to externally modulate the probe light to give a frequency shift. Optical frequency shifter 13 changes the optical frequency of the probe light by default Brillouin frequency shift f B.
周波数シフトを受けたプローブ光は、入射時間制御部１５の制御に基づいて光パルス化装置１６でパルス化される。実施形態では特に、光周波数の等しい複数のプローブ光パルスを発生させる。ポンプ光は、入射時間制御部１７の制御に基づいて光パルス化装置１８でパルス化される。光パルス化装置１６，１８は、例えば音響光学素子をパルス駆動する音響光学スイッチ、あるいはＬｉＮｂＯ３を用いた電気光学素子をパルス駆動する導波路スイッチなどを用いることができる。つまり光デバイス（音響光学変調器やＬｉＮｂＯ３変調器）を電気パルスで変調すれば光パルスを得られる。電気パルスで駆動された時間に応じて連続光がパルス化される。 The probe light subjected to the frequency shift is pulsed by the optical pulse generator 16 based on the control of the incident time control unit 15. Particularly in the embodiment, a plurality of probe light pulses having the same optical frequency are generated. The pump light is pulsed by the optical pulse device 18 based on the control of the incident time control unit 17. For example, an acousto-optic switch for driving the acousto-optic element in a pulse or a waveguide switch for driving an electro-optic element using LiNbO 3 can be used as the optical pulsing devices 16 and 18. That is, an optical pulse can be obtained by modulating an optical device (acousto-optic modulator or LiNbO 3 modulator) with an electric pulse. The continuous light is pulsed according to the time driven by the electric pulse.
入射時間制御部１５，１７は、複数の分岐光線路からの戻り光パルス同士が干渉することを防止するために、複数のプローブ光パルスのパルス間隔を制御する。つまり入射時間制御部１５，１７は、プローブ光パルスが被測定光ファイバ２３に入射される時間（タイミング）とポンプ光パルスが被測定光ファイバ２３に入射される時間（タイミング）とに、時間差を与える。 The incident time controllers 15 and 17 control the pulse intervals of the plurality of probe light pulses in order to prevent the return light pulses from the plurality of branched optical lines from interfering with each other. That is, the incident time controllers 15 and 17 calculate a time difference between the time (timing) when the probe light pulse is incident on the measured optical fiber 23 and the time (timing) when the pump light pulse is incident on the measured optical fiber 23. give.
入射時間制御部１５，１７は、例えば光パルス化装置１６，１８を駆動する電気パルスの変調時間を変化させることで実施可能である。上記光デバイスを変調するタイミングを変化させることで光パルスの生成されるタイミングを制御することができる。光パルス化装置１６，１８の各出力光を合波素子２１で合波すれば、入射時間の異なるプローブ光パルス列（複数のプローブ光パルス）およびポンプ光パルスを生成することが可能となる。光パルス化装置１６，１８に与えられる電気パルスのうち一方の電圧をゼロにすれば、プローブ光パルスまたはポンプ光パルスの一方だけを入射することも可能となる。 The incident time controllers 15 and 17 can be implemented, for example, by changing the modulation time of the electric pulse that drives the optical pulse devices 16 and 18. The timing at which the optical pulse is generated can be controlled by changing the timing at which the optical device is modulated. If each output light of the optical pulse generators 16 and 18 is multiplexed by the multiplexing element 21, it becomes possible to generate probe light pulse trains (plural probe light pulses) and pump light pulses having different incident times. If one voltage of the electric pulses applied to the optical pulse generators 16 and 18 is set to zero, only one of the probe light pulse and the pump light pulse can be incident.
光パルス化装置１６からのプローブ光パルスは光アンプ１９で測定に必要なレベルにまで増幅され、合波素子２１に入射される。光パルス化装置１８からのポンプ光パルスは光アンプ２０で測定に必要なレベルにまで増幅され、合波素子２１に入射される。プローブ光およびポンプ光は合波素子２１から光サーキュレータ２２を介して基幹光ファイバ２３０に入射され、さらに被測定光ファイバ２３に入射される。被測定光ファイバ２３は、光スプリッタ２３１と、光スプリッタ２３１の分岐下流側の分岐光線路２３２ｉ（ｉは１〜Ｎの自然数）とを備える。各分岐光線路２３２ｉはその終端に光反射フィルタ２３３ｉを有する。なお終端面が十分な反射率を有していれば光反射フィルタ２３３ｉを省略してもよい。 The probe light pulse from the optical pulse generator 16 is amplified to a level necessary for measurement by the optical amplifier 19 and is incident on the multiplexing element 21. The pump light pulse from the optical pulse generator 18 is amplified to a level necessary for measurement by the optical amplifier 20 and is incident on the multiplexing element 21. The probe light and the pump light are incident on the trunk optical fiber 230 from the multiplexing element 21 via the optical circulator 22 and further incident on the optical fiber 23 to be measured. The optical fiber 23 to be measured includes an optical splitter 231 and a branched optical line 232 i (i is a natural number of 1 to N) on the downstream side of the optical splitter 231. Each branch optical line 232i has a light reflection filter 233i at its end. The light reflection filter 233i may be omitted if the end surface has sufficient reflectance.
光反射フィルタ２３３ｉで反射された試験光（プローブ光、ポンプ光）、あるいはブリルアン後方散乱光などの戻り光は光サーキュレータ２２経由で光フィルタ２４に入射される。光フィルタ２４は解析に必要なプローブ光だけを通過させる特性を持ち、プローブ光だけが光受信機２６に達する。光受信機２６は受光したプローブ光を光／電変換し、プローブに基づく電気信号（出力電流）をＡ／Ｄ変換機２７に入力する。Ａ／Ｄ変換機２７は電気信号をＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換し、ディジタルデータを生成する。このディジタルデータはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの信号処理装置２８に入力される。次に、上記構成における作用を詳しく説明する。 Return light such as test light (probe light, pump light) or Brillouin backscattered light reflected by the light reflection filter 233 i is incident on the optical filter 24 via the optical circulator 22. The optical filter 24 has a characteristic of allowing only probe light necessary for analysis to pass, and only the probe light reaches the optical receiver 26. The optical receiver 26 optically / electrically converts the received probe light and inputs an electric signal (output current) based on the probe to the A / D converter 27. The A / D converter 27 performs A / D (analog / digital) conversion of the electrical signal to generate digital data. This digital data is input to a signal processing device 28 such as a personal computer (PC). Next, the operation of the above configuration will be described in detail.
先ず、実施形態において、以下に示される（条件１）〜（条件４）が満たされることが重要である。 First, in the embodiment, it is important that the following (Condition 1) to (Condition 4) are satisfied.
（条件１） 光周波数シフタ１３による周波数シフトのレンジは、被測定光ファイバ２３で生じるブリルアン周波数シフトの距離方向の周波数変化量よりも広いこと。条件１は、被測定光ファイバ中の全ての距離（位置）でプローブ光パルスとポンプ光パルスとがインタラクション（相互作用）して誘導ブリルアン散乱を生じるために必要な条件である。 (Condition 1) The range of the frequency shift by the optical frequency shifter 13 is wider than the amount of frequency change in the distance direction of the Brillouin frequency shift generated in the optical fiber 23 to be measured. Condition 1 is a condition necessary for causing stimulated Brillouin scattering by interaction (interaction) between the probe light pulse and the pump light pulse at all distances (positions) in the optical fiber to be measured.
（条件２） プローブ光パルスのパルス幅τｐｒｏｂｅが、分岐光線路遠端（終端）からの戻り光の時間差２ｎΔＬ／ｃの最小値より狭いこと。なおΔＬは分岐光線路２３２ｉ（ｉは１〜Ｎの自然数）の長さの差の最小値である。また真空中の光速をｃとし、ｎは光ファイバの屈折率である。すなわちｃ／ｎは光ファイバ中の光速νとなる。 (Condition 2) The pulse width τ probe of the probe light pulse is narrower than the minimum value of the time difference 2nΔL / c of the return light from the far end (termination) of the branched optical line. ΔL is the minimum value of the difference in length between the branched optical lines 232i (i is a natural number of 1 to N). In addition, the speed of light in vacuum is c, and n is the refractive index of the optical fiber. That is, c / n is the speed of light ν in the optical fiber.
条件２は、分岐光線路毎の戻り光（誘導ブリルアン散乱光）が光受信機２６おいて重なること（干渉）を防ぐために必要な条件である。条件２が満たされなければ分岐光線路毎の戻り光（誘導ブリルアン散乱光）が光受信機２６において干渉し、各分岐光線路を時間的に切り分けることができなくなる。つまり各分岐光線路を区別できなくなる。 Condition 2 is a condition necessary for preventing the return light (stimulated Brillouin scattered light) for each branch optical line from overlapping (interference) in the optical receiver 26. If the condition 2 is not satisfied, the return light (stimulated Brillouin scattered light) for each branch optical line interferes with the optical receiver 26, and each branch optical line cannot be separated in time. That is, it becomes impossible to distinguish each branch optical line.
（条件３） 光受信機２６およびＡ／Ｄ変換機２７の帯域が、パルス幅τｐｒｏｂｅを受光可能な程度に広いこと。一般に、パルス幅τの光パルスを精確に測定するためには、光受信機２６およびＡ／Ｄ変換機２７の帯域が１／τより広い必要がある。 (Condition 3) The bandwidths of the optical receiver 26 and the A / D converter 27 are wide enough to receive the pulse width τ probe . Generally, in order to accurately measure an optical pulse having a pulse width τ, the bandwidth of the optical receiver 26 and the A / D converter 27 needs to be wider than 1 / τ.
（条件４） 最長の分岐光線路と最短の分岐光線路との長さの差をΔＬｍａｘとし、光ファイバ中の光速をνとし、隣り合うプローブ光パルスの入射時間差をＴｓとしたとき、Ｔｓ≧τｐｒｏｂｅ＋２ΔＬｍａｘ／νが満たされること。条件４も条件２と同様に、分岐光線路毎の戻り光パルスが光受信機２６おいて重なることを防ぐために必要な条件である。 (Condition 4) When the difference in length between the longest branched optical line and the shortest branched optical line is ΔL max , the speed of light in the optical fiber is ν, and the incident time difference between adjacent probe light pulses is T s , T s ≧ τ probe + 2ΔL max / ν is satisfied. The condition 4 is also a condition necessary for preventing the return light pulse for each branch optical line from overlapping in the optical receiver 26 as in the condition 2.
なお、分岐光線路の長さの差のばらつきによっては、条件４の数式が測定速度に対して最適とならない場合もある。光受信機２６への到達時に戻り光パルス同士が干渉しない範囲で、Ｔｓを自由に設定して良い。 Note that, depending on the variation in the difference in length of the branched optical lines, the formula of condition 4 may not be optimal for the measurement speed. T s may be freely set within a range in which return light pulses do not interfere with each other when reaching the optical receiver 26.
実施形態では、分岐光線路の特性の解析に先立ちΔＬｍａｘを測定する。ΔＬｍａｘは例えば、プローブ光パルスを１波だけ入射して各分岐光線路からの戻り時間を測定し、最短の戻り時間と最長の戻り時間（いずれも往復時間）との差にνを乗算して２で割ることで求めることができる。次に、上記構成における作用を説明する。 In the embodiment, ΔL max is measured prior to the analysis of the characteristics of the branched optical line. ΔL max, for example, measures the return time from each branch optical line by entering only one probe light pulse, and multiplies the difference between the shortest return time and the longest return time (both round trip times) by ν. Can be obtained by dividing by 2. Next, the operation of the above configuration will be described.
図２は、実施形態に係る特性解析装置による測定手順の一例を示すフローチャートである。信号処理装置２８は、先ず、プローブ光パルスとポンプ光パルスの周波数差ｆＢを設定する（ステップＳ１）。つまりプローブ光パルスとポンプ光パルスとの設定周波数差ｆ＝ｆＢであり、各プローブ光パルスの光周波数は光周波数ｆ０−ｆＢである。ここでｆ０はポンプ光パルスの光周波数、ｆＢはブリルアン後方散乱による光周波数シフト量（Brillouin Frequency Shift：ＢＦＳ）である。 FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a measurement procedure performed by the characteristic analysis apparatus according to the embodiment. The signal processing device 28 first sets the frequency difference f B between the probe light pulse and the pump light pulse (step S1). That is, the set frequency difference between the probe light pulse and the pump light pulse is f = f B , and the optical frequency of each probe light pulse is the optical frequency f 0 −f B. Here, f 0 is the optical frequency of the pump light pulse, and f B is an optical frequency shift amount (Brillouin Frequency Shift: BFS) due to Brillouin backscattering.
次に信号処理装置２８は、プローブ光パルス列に含まれる各プローブ光パルスとポンプ光パルスとの入射時間差ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔＸを設定する（ステップＳ２）。
図３は、実施形態における解析の手順を示す模式図である。図３において、白抜き矢印が進行するプロー光ブパルス列を示し、黒塗り矢印は進行するポンプ光パルスを示す。図３の（Ｉ）に示されるように、パルス幅τｐｒｏｂｅで入射されるプローブ光パルスは、互いに条件４に基づく時間差Ｔｓで入射される。すなわちプローブ光パルス列は、パルス間隔Ｔｓで並ぶＸ個のプローブ光パルスを含む。以下の説明では、Ｘ個（Ｘ波）を含むプローブ光パルス列のｉ番目のプローブ光パルスとポンプ光パルスの入射時間差をｔｉとする。この入射時間差によりプローブ光パルスとポンプ光パルスとの衝突位置が変化し、各分岐光線路における長手方向の測定位置が決定される。
Next, the signal processing device 28 sets incident time differences t 1 , t 2 , t 3 ,..., T X between each probe light pulse and pump light pulse included in the probe light pulse train (step S2).
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an analysis procedure in the embodiment. In FIG. 3, a probe light pulse train in which a white arrow progresses is shown, and a black arrow shows a pump light pulse in progress. As shown in (I) of FIG. 3, the probe light pulses incident with the pulse width τ probe are incident with a time difference T s based on the condition 4. That is, the probe light pulse train includes X probe light pulses arranged at the pulse interval T s . In the following description, the difference in incidence time between the i-th probe light pulse and the pump light pulse in the probe light pulse train including X (X waves) is denoted by t i . The collision position between the probe light pulse and the pump light pulse changes due to this difference in incident time, and the measurement position in the longitudinal direction in each branch optical line is determined.
図２に戻り、信号処理装置２８は、プローブ光パルス列を光ファイバに入射し、Ｘ個のプローブ光パルスの入射が完了した後にポンプ光パルスを光ファイバに入射する（ステップＳ３，Ｓ４）。上記したようにプローブ光パルス列に含まれるプローブ光パルスとポンプ光パルスはそれぞれｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔＸの入射時間差を持つ。図３にはＸ＝３のケースが示される。 Returning to FIG. 2, the signal processing device 28 enters the probe light pulse train into the optical fiber, and after the X probe light pulses are completely incident, the signal light processing device 28 enters the pump light pulse into the optical fiber (steps S <b> 3 and S <b> 4). Each probe light pulse and the pump light pulses included in the probe optical pulse train as described above t 1, t 2, t 3 , ..., with the incident time difference t X. FIG. 3 shows the case of X = 3.
次に、信号処理装置２８は戻り光パルスの光受信機２６への到達時間（戻り時間）に基づいて、各戻り光パルスを反射した分岐光線路を個別に識別する（ステップＳ５）。つまりＡ／Ｄ変換機２７から出力されるディジタルデータがどの分岐光線路の情報を反映するのかが判断される。そして、得られたディジタルデータに基づいて、信号処理装置２８は誘導ブリルアン散乱光を解析する（ステップＳ６）
図３の（ＩＩ）に示されるように、光スプリッタ２３１でＮ分岐されたプローブ光パルス列とポンプ光パルスは分岐光線路中でインタラクションし、誘導ブリルアン散乱による後方散乱光が発生する。これによりプローブ光パルス列はポンプ光パルスからブリルアン利得を得る。プローブ光パルス列はＸ個のプローブ光パルスを含むので、ポンプ光パルスは異なる位置でＸ回のインタラクションを生じることになる。図３においては分岐光線路毎に３か所の衝突位置がある。
Next, the signal processing device 28 individually identifies the branched optical line that reflects each return light pulse based on the arrival time (return time) of the return light pulse to the optical receiver 26 (step S5). That is, it is determined which branch optical line information the digital data output from the A / D converter 27 reflects. Based on the obtained digital data, the signal processor 28 analyzes the stimulated Brillouin scattered light (step S6).
As shown in (II) of FIG. 3, the probe light pulse train and the pump light pulse that have been N-branched by the optical splitter 231 interact in the branched light path, and backscattered light due to stimulated Brillouin scattering is generated. Thereby, the probe light pulse train obtains the Brillouin gain from the pump light pulse. Since the probe light pulse train includes X probe light pulses, the pump light pulse causes X interactions at different positions. In FIG. 3, there are three collision positions for each branch optical line.
ブリルアン増幅を受けたＸ×Ｎ個のプローブ光パルスは、ポンプ光パルスを伴って光スプリッタ２３１で合波されたのち光サーキュレータ２２（図１）に戻り、光フィルタ２４に入射される。光フィルタ２４はポンプ光パルスを除去し、これによりブリルアン増幅を受けたＸ×Ｎ個のプローブ光パルスだけが光受信機２６で受光される。（条件４）が満たされているので、図３の（ＩＩＩ）に示されるように、光受信機２６において戻り光パルスが重なることはない。 The X × N probe light pulses that have undergone Brillouin amplification are combined with a pump light pulse by an optical splitter 231, return to the optical circulator 22 (FIG. 1), and enter the optical filter 24. The optical filter 24 removes the pump light pulse, so that only X × N probe light pulses that have undergone Brillouin amplification are received by the optical receiver 26. Since (Condition 4) is satisfied, return optical pulses do not overlap in the optical receiver 26 as shown in (III) of FIG.
光受信機２６からの電気信号はＡ／Ｄ変換機２７でディジタルデータに変換され、信号処理装置２８に入力される。信号処理装置２８は図２のステップＳ６の解析を行い、解析結果を出力する（ステップＳ７）。 The electrical signal from the optical receiver 26 is converted into digital data by the A / D converter 27 and input to the signal processing device 28. The signal processing device 28 performs the analysis in step S6 of FIG. 2 and outputs the analysis result (step S7).
最長の分岐光線路からポンプ光パルスが受光されると（ステップＳ８でＹｅｓ）１つの小シーケンスが終了する（ステップＳ２〜ステップＳ７）。この小シーケンスは入射時間差ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔＸをΔｔだけ増加させつつ（ステップＳ１０）、ｔｉ＝ｔｉ＋１となるまで繰り返される。 When the pump light pulse is received from the longest branch optical line (Yes in step S8), one small sequence is completed (steps S2 to S7). This small sequence is repeated until the incidence time differences t 1 , t 2 , t 3 ,..., T X are increased by Δt (step S 10), and t i = t i + 1 .
小シーケンスが完了すると、信号処理装置２８はプローブ光パルスとポンプ光パルスとの周波数差ｆをΔｆだけ変化させつつ（ステップＳ１２）、ステップＳ１〜ステップＳ９の大シーケンスを繰り返す。この大シーケンスはｆ＝ＦＢになるまで繰り返される（ステップＳ１１でＹｅｓ）。ステップＳ１１までの手順が完了すると、既に得られたブリルアン利得スペクトル分布に基づいて距離ごとのブリルアン利得スペクトラムのピーク分布を解析することができる。次に、数式を用いて上記作用を詳しく説明する。 When the small sequence is completed, the signal processing device 28 repeats the large sequence of steps S1 to S9 while changing the frequency difference f between the probe light pulse and the pump light pulse by Δf (step S12). This large sequence is repeated until f = F B (Yes in step S11). When the procedure up to step S11 is completed, the peak distribution of the Brillouin gain spectrum for each distance can be analyzed based on the already obtained Brillouin gain spectrum distribution. Next, the above operation will be described in detail using mathematical expressions.
（ｉ）プローブ光パルス列とポンプ光パルスによる誘導ブリルアン散乱の測定について
プローブ光パルス列に含まれるプローブ光パルスとポンプ光パルスとがインタラクションすると誘導ブリルアン散乱が発生する。プローブ光パルス列とポンプ光パルスとの周波数差がｆＢのとき、プローブ光パルスは誘導ブリルアン散乱により式（１）に示される増幅を受ける。
(I) Measurement of stimulated Brillouin scattering by probe light pulse train and pump light pulse When the probe light pulse and pump light pulse included in the probe light pulse train interact, stimulated Brillouin scattering occurs. When the frequency difference between the probe light pulse train and the pump light pulse is f B , the probe light pulse is amplified by the stimulated Brillouin scattering as shown in Equation (1).
式（１）のαＢ（ｚ，ｆ）は入射端からｚの位置でインタラクションし、ブリルアン周波数差がｆのときの誘導ブリルアンによる利得を示す。ｇＢ（ｆ）はプローブ光パルスとポンプ光パルスの周波数差がｆであるときの誘導ブリルアン散乱係数を示す。ｚは分岐光線路入射端からプローブ光パルスとポンプ光パルスがインタラクションした位置までの距離を示す。Ｉｐｕｍｐ（ｚ）は分岐光線路入射端から距離ｚだけ離れた位置におけるポンプ光パルスの強度を示す。 Α B (z, f) in Equation (1) indicates the gain due to the induced Brillouin when the Brillouin frequency difference is f when the interaction is performed at the position z from the incident end. g B (f) represents the stimulated Brillouin scattering coefficient when the frequency difference between the probe light pulse and the pump light pulse is f. z represents the distance from the incident end of the branched optical line to the position where the probe light pulse and the pump light pulse interact. I pump (z) indicates the intensity of the pump light pulse at a position away from the incident end of the branched optical line by a distance z.
分岐光線路＃ｉ（図３ではｉは１〜４の自然数）の損失係数をαｉ、分岐光線路＃ｉを往復する光の全損失をＬｔとする。そうすると分岐光線路に入射されたのち終端で反射され、入射端から距離ｚの位置でポンプ光パルスと衝突したプローブ光パルスの当該入射端における強度Ｉｐｒｏｂｅ（２Ｌｉ，ｚ）は、式（２）で表される。 Let α i be the loss coefficient of the branched optical line #i (i is a natural number of 1 to 4 in FIG. 3), and let L t be the total loss of light traveling back and forth through the branched optical line #i. Then, the intensity I probe (2L i , z) at the incident end of the probe light pulse that is incident on the branch optical line, reflected at the end, and collided with the pump light pulse at a distance z from the incident end is expressed by the following equation (2). ).
式（２）に示されるように、分岐光線路入射端でのプローブ光パルスの強度Ｉｐｒｏｂｅ（２Ｌｉ，ｚ，ｆ）は、ｇＢ（ｆ）とＩｐｕｍｐ（ｚ）の関数になる。Ｉｐｕｍｐ（ｚ）は式（３）で表される。 As shown in Expression (2), the intensity I probe (2L i , z, f) of the probe light pulse at the incident end of the branched optical line is a function of g B (f) and I pump (z). I pump (z) is expressed by equation (3).
また、プローブ光パルスだけを入射した場合の入射端に戻る反射プローブ光パルス強度Ｉｒｅｆ（２Ｌｉ）は、式（４）に示される。 Further, the reflected probe light pulse intensity I ref (2L i ) that returns to the incident end when only the probe light pulse is incident is expressed by Equation (4).
従って式（２）を式（３）および式（４）を用いて変換すると式（５）が得られる。 Therefore, when Formula (2) is converted using Formula (3) and Formula (4), Formula (5) is obtained.
ブリルアン散乱光の利得を解析することにより、式（５）に基づいてインタラクションした場所までの損失をポンプ光パルス幅で積分した値とブリルアン散乱係数との積を算出できる。従って、被測定光ファイバ２３における損失を加味したブリルアン利得強度を得ることができる。 By analyzing the gain of Brillouin scattered light, the product of the value obtained by integrating the loss up to the interaction location with the pump light pulse width based on the equation (5) and the Brillouin scattering coefficient can be calculated. Accordingly, it is possible to obtain Brillouin gain intensity taking into account the loss in the optical fiber 23 to be measured.
なお実施形態では、ポンプ光パルスが複数のプローブ光パルスと衝突するので複数回のインタラクションによるポンプディプレッションを生じ、ブリルアン利得強度が式（５）よりも抑圧されることが考えられる。しかし実施形態の手法によればブリルアン利得強度の絶対値情報は必要無いので、ポンプディプレッションへの特段の配慮は必要ない。必要な情報は、ブリルアン利得強度がピーク値を取るブリルアン周波数シフト量であり、ブリルアン利得強度のピーク値をモニタ（ピークサーチ）できれば良いからである。測定距離ごとのブリルアン利得スペクトルは、プローブ光パルスとポンプ光パルスとの周波数差ｆを変化させて測定を繰り返すことで取得される。 In the embodiment, since the pump light pulse collides with a plurality of probe light pulses, pump depletion due to a plurality of interactions may occur, and the Brillouin gain intensity may be suppressed more than in the equation (5). However, since the absolute value information of the Brillouin gain intensity is not required according to the method of the embodiment, no special consideration is required for pump depletion. This is because the necessary information is the Brillouin frequency shift amount at which the Brillouin gain intensity takes a peak value, and it is sufficient if the peak value of the Brillouin gain intensity can be monitored (peak search). The Brillouin gain spectrum for each measurement distance is acquired by repeating the measurement while changing the frequency difference f between the probe light pulse and the pump light pulse.
（ｉｉ）分岐光線路の距離に対するブリルアン散乱光分布の測定について
簡単のため、プローブ光パルス列のうち先頭のプローブ光パルスが、ポンプ光パルスに対して時間ｔ１だけ先に入射する場合だけを説明する。プローブ光パルス列に含まれる他のプローブ光パルスについても、時間ｔ１をｔ２，ｔ３，…，ｔＸとすれば同様の説明が成り立つ。
(Ii) Measurement of Brillouin scattered light distribution with respect to the distance of the branched optical line For simplicity, only the case where the first probe light pulse in the probe light pulse train is incident on the pump light pulse first by time t 1 will be described. To do. With respect to other probe light pulses included in the probe light pulse train, the same explanation is valid if the time t 1 is t 2 , t 3 ,..., T X.
被測定光ファイバ２３の入射端から分岐光線路＃ａ（ａは１≦ａ≦Ｎの自然数）の終端までの長さをＬａとする。プローブ光パルスは光反射フィルタにより反射される。分岐光線路終端からの距離をｌとし、光ファイバの屈折率をｎとし、真空中の光速をｃとすると、反射されたプローブ光パルスはｔ１／２秒後にｌ＝ｃ／ｎ×ｔ１／２だけ進むので、入射端からの距離をｌｘ１とすると式（６）が得られる。 The length from the incident end of the optical fiber under test 23 to the end of the branch optical #a (a is a natural number of 1 ≦ a ≦ N) and L a. The probe light pulse is reflected by the light reflection filter. The distance from the branched optical line termination and l, the refractive index of the optical fiber is n, when the speed of light in a vacuum is c, the reflected probe light pulses t 1/2 seconds after the l = c / n × t 1 Since the process proceeds by / 2, Equation (6) is obtained when the distance from the incident end is 1 × 1.
プローブ光パルスが入射されてから分岐光線路に進入し、光反射フィルタで反射してｌｘ１に達するまでの時間ｔは、式（７）で表される。 The time t from when the probe light pulse is incident to when the light enters the branch optical path, is reflected by the light reflection filter, and reaches l x1 is expressed by Expression (7).
プローブ光パルスが入射されてからｔ１秒後にポンプ光パルスを入射するとする。ポンプ光パルスがｔ秒後に到達する入射端からの距離ｌｘ２は、式（８）で表される。 It is assumed that the pump light pulse is incident t 1 second after the probe light pulse is incident. The distance l x2 from the incident end where the pump light pulse reaches after t seconds is expressed by Expression (8).
ｌｘ１＝ｌｘ２の位置、つまり式（６）＝式（８）となる位置でポンプ光パルスはプローブ光パルスとインタラクションする。インタラクションのタイミングは光反射フィルタでプローブ光パルスが反射されてからｔ１／２秒後である。つまり、プローブ光パルスとポンプ光パルスとを被測定光ファイバ２３に入射する時間差を変化させることで、プローブ光パルスとポンプ光パルスとがインタラクションする位置を制御できる。これにより、距離に対する誘導ブリルアン散乱の特性分布を求めることができる。 The pump light pulse interacts with the probe light pulse at a position of l x1 = l x2 , that is, a position where Expression (6) = Expression (8). The timing of the interactions the probe light pulse by the light reflection filter is t 1/2 seconds after being reflected. That is, the position where the probe light pulse and the pump light pulse interact can be controlled by changing the time difference in which the probe light pulse and the pump light pulse are incident on the measured optical fiber 23. Thereby, the characteristic distribution of the stimulated Brillouin scattering with respect to the distance can be obtained.
実施形態において、プローブ光パルス列とポンプ光パルスが被測定光ファイバを一往復する間にインタラクションする位置は、プローブ光パルス列に含まれるプローブ光パルスの数Ｘだけ存在する。つまり多点（Ｘ点）の測定点のブリルアン利得情報を一括して取得することができるので、プローブ光パルスとポンプ光パルスの入射時間差を変化させて測定する回数をＸ分の１に削減でき、測定時間をＸ分の１に削減することができる。 In the embodiment, the positions where the probe light pulse train and the pump light pulse interact during one round trip of the optical fiber to be measured exist by the number X of the probe light pulses included in the probe light pulse train. In other words, since Brillouin gain information at multiple measurement points (X points) can be acquired at once, the number of times of measurement by changing the difference in the incident time of the probe light pulse and the pump light pulse can be reduced to 1 / X. The measurement time can be reduced to 1 / X.
（ｉｉｉ）分岐光線路＃ａの誘導ブリルアン散乱光が光受信機２６に到達する時間の測定について
プローブ光パルスが光受信機２６に到達する時間をｔｄａとする。プローブ光パルスは、分岐光線路終端の光フィルタで反射されて光受信機２６に入射される。プローブ光パルスの光受信機２６への到達時間ｔｄａは式（９）で表される。
(Iii) the time the probe light pulse reaches the light receiver 26 for the measurement of time stimulated Brillouin scattered light branch optical #a reaches the optical receiver 26 and t da. The probe light pulse is reflected by the optical filter at the end of the branched optical line and is incident on the optical receiver 26. The arrival time t da of the probe light pulse to the optical receiver 26 is expressed by Expression (9).
他の分岐光線路＃ｂ（１≦ｂ≦Ｎの整数）から戻るプローブ光パルスが光受信機２６に到達する時間ｔｄｂは、式（１０）で表される。 The time t db for the probe light pulse returning from the other branch optical line #b (an integer satisfying 1 ≦ b ≦ N) to reach the optical receiver 26 is expressed by Expression (10).
よって、光受信機２６に戻る時間差は、式（１１）で表される。 Therefore, the time difference for returning to the optical receiver 26 is expressed by Expression (11).
Ｌａ≠Ｌｂであれば、光受信機２６に到達する時間が異なる。 If L a ≠ L b , the time to reach the optical receiver 26 is different.
（条件２）は、式（１２）で表される。 (Condition 2) is expressed by Expression (12).
式（１２）および（条件４）が満たされていれば、各分岐光線路から戻ったプローブ光パルスは光スプリッタ２３１で合波された後も重ならない。よって光受信機２６への到達時間を測定することで、どの分岐光線路から戻ってきたプローブ光パルスであるかを特定できる。とまり各分岐光線路を時間的に切り分けることができる。 If the expressions (12) and (Condition 4) are satisfied, the probe light pulses returned from the branch optical lines do not overlap even after being combined by the optical splitter 231. Therefore, by measuring the arrival time at the optical receiver 26, it is possible to specify which branch optical line the probe light pulse has returned from. Each branch optical line can be separated in time.
上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）により、分岐光線路個別のブリルアン利得スペクトル分布を、既存の技術（特に非特許文献４）のＸ倍の速度で高速に測定することが可能になる。測定されたブリルアン利得ピークの分布から温度、歪み、ファイバ構造パラメータの違いの特性分布を算出することももちろん可能である。 By the above (i) to (iii), it becomes possible to measure the Brillouin gain spectrum distribution of each branch optical line at a high speed at a speed X times that of the existing technology (particularly Non-Patent Document 4). It is of course possible to calculate the characteristic distribution of differences in temperature, strain, and fiber structure parameters from the measured Brillouin gain peak distribution.
以上述べたように実施形態では、信号処理装置２８は、或る設定ブリルアン周波数シフトｆＢでの測定が完了した後、設定ブリルアン周波数シフトを設定ブリルアン周波数シフト間隔変化させて測定を繰り返し、設定ブリルアン周波数全帯域幅ＦＢになると測定を終了する。 In the embodiment as described above, the signal processor 28, after the measurement at a certain setting Brillouin frequency shift f B is completed, repeat the measurement by setting the Brillouin frequency shift interval change settings Brillouin frequency shift, set Brillouin The measurement ends when the full frequency bandwidth F B is reached.
得られた距離に対するブリルアン利得分布を周波数毎に並べることで、距離に対するブリルアン利得スペクトル分布を求める。このブリルアン利得スペクトル分布において、演算処理により、距離ごとにブリルアン利得スペクトルの強度ピークをとる周波数がブリルアン周波数シフト量であり、被測定光ファイバ長手方向のブリルアン周波数シフト量の測定結果を出力することで、距離に対する特性分布を求める。つまり温度や歪、ファイバ構造パラメータの違いなどの、ブリルアン周波数シフト量の変化をもたらす物理量の分岐光線路毎の距離方向の特性分布を算出することができる。 By arranging the Brillouin gain distribution with respect to the obtained distance for each frequency, the Brillouin gain spectrum distribution with respect to the distance is obtained. In this Brillouin gain spectrum distribution, the frequency at which the intensity peak of the Brillouin gain spectrum is obtained for each distance is the Brillouin frequency shift amount by calculation processing, and the measurement result of the Brillouin frequency shift amount in the longitudinal direction of the optical fiber to be measured is output. Then, the characteristic distribution with respect to the distance is obtained. That is, it is possible to calculate the characteristic distribution in the distance direction for each branch optical line having a physical quantity that causes a change in the Brillouin frequency shift amount, such as temperature, strain, and fiber structure parameter.
以上の測定において、実施形態によれば、既存の手法に比べて単位時間当たりＸ倍の速度で測定点の情報を得ることができる。従って測定時間をＸ分の１にすることが可能になる。 In the above measurement, according to the embodiment, it is possible to obtain measurement point information at a speed X times per unit time as compared with the existing method. Therefore, the measurement time can be reduced to 1 / X.
図４は、分岐光線路毎のブリルアン利得スペクトル分布を示す図である。図４においては＃１〜＃８の８つの分岐光線路が想定される。各グラフは直行する３つの軸に距離、光周波数シフト量（Brillouin Frequency Shift：ＢＦＳ）および損失をそれぞれプロットしたグラフである。なお分岐光線路＃１，＃７，＃８に、基幹光ファイバ２３０とファイバ構造パラメータの異なる光ファイバを用いることを仮定した。 FIG. 4 is a diagram showing a Brillouin gain spectrum distribution for each branch optical line. In FIG. 4, eight branched optical lines # 1 to # 8 are assumed. Each graph is a graph in which distance, optical frequency shift (BFS) and loss are plotted on three orthogonal axes. It is assumed that the branch optical lines # 1, # 7, and # 8 use optical fibers having different fiber structure parameters from the core optical fiber 230.
グラフ上の段差から一見して分かるのは、９．５ｋｍの距離に光スプリッタ２３１があり、９．５ｋｍ以遠が分岐光線路であることである。また各グラフによれば、分岐光線路＃１、＃７、＃８のブリルアン周波数シフト量が基幹光ファイバ２３０と異なることが分かる。ブリルアン周波数シフト量は歪みや温度変化に対して線形な応答変化を示すので、実施形態によれば各分岐光線路を識別可能となり、かつ、歪みや温度変化を分岐光線路毎に測定することができる。 It can be seen at a glance from the step on the graph that the optical splitter 231 is at a distance of 9.5 km, and the branched optical line is at a distance of 9.5 km or more. Moreover, according to each graph, it turns out that the Brillouin frequency shift amount of branch optical line # 1, # 7, # 8 differs from the core optical fiber 230. FIG. Since the Brillouin frequency shift amount shows a linear response change with respect to distortion and temperature change, according to the embodiment, each branch optical line can be identified, and distortion and temperature change can be measured for each branch optical line. it can.
以上のように実施形態では、光スプリッタ２３１で複数に分岐された各分岐光線路の長さの差ΔＬを利用し、波長の異なる二種のパルス試験光を用意する。予め設定された入射時間差を持つＸ個の試験光パルス列（プローブ光パルス列）を先に入射する。この入射時間差は分岐光線路の長さの最大値に基づいて最適化されるので、光受信機２６でプローブ光パルスどうしが重なることはない。全てのプローブ光パルスの入射が完了したのち、ポンプ光パルスが入射される。 As described above, in the embodiment, two types of pulse test light having different wavelengths are prepared using the difference ΔL in length between the branched optical lines branched into a plurality by the optical splitter 231. X test light pulse trains (probe light pulse trains) having a preset incident time difference are first incident. This incident time difference is optimized based on the maximum value of the length of the branched optical line, so that the probe light pulses do not overlap in the optical receiver 26. After all the probe light pulses are incident, the pump light pulse is incident.
プローブ光パルス列は分岐光線路遠端、あるいは遠端に設置される反射フィルタで反射される。これによりポンプ光パルスが分岐光線路内の各位置（Ｘ箇所）で対向衝突し、誘導ブリルアン後方散乱光が生じる。この誘導ブリルアン後方散乱光を光受信機２６で受信し、光受信機２６の出力電流を２ｎΔＬ／ｃ（ｃは光速）よりも高い時間分解能で解析することで、分岐光線路２３２ｉ（１〜ｉ〜Ｎ）のどれから戻った誘導ブリルアン後方散乱光であるかを特定することが可能となる。 The probe light pulse train is reflected by a reflection filter installed at the far end of the branch optical line or at the far end. As a result, the pump light pulses collide oppositely at each position (X locations) in the branch optical line, and stimulated Brillouin backscattered light is generated. The stimulated Brillouin backscattered light is received by the optical receiver 26, and the output current of the optical receiver 26 is analyzed with a time resolution higher than 2nΔL / c (c is the speed of light). ˜N), it is possible to specify the stimulated Brillouin backscattered light returned from.
また、プローブ光パルスとポンプ光パルスとの周波数差ｆＢを変化させながら測定を繰り返すことで分岐光線路毎のブリルアン利得スペクトル分布を取得する。そして、取得されたブリルアン利得スペクトル分布において、距離ごとにブリルアン利得スペクトルがピーク値を取るブリルアン周波数シフト量を取得（ピークサーチ）する。ブリルアン周波数シフト量は温度変化や歪み変化に対して線形な変化応答を示すので、ブリルアン周波数シフト量に寄与する物理量変化を分岐光線路毎に測定することができる。 Further, to obtain the Brillouin gain spectrum distribution for each branch optical by repeating the measurement while changing the frequency difference f B of the probe light pulse and the pump light pulse. Then, in the acquired Brillouin gain spectrum distribution, a Brillouin frequency shift amount at which the Brillouin gain spectrum takes a peak value for each distance is acquired (peak search). Since the Brillouin frequency shift amount shows a linear change response to a temperature change or a strain change, a physical quantity change contributing to the Brillouin frequency shift amount can be measured for each branch optical line.
要するに、或る設定ブリルアン周波数シフトｆＢでの距離方向のブリルアン利得スペクトルを得るのに、既存の技術ではＸ回（１０〜２０回：分岐光線路長とサンプリング距離間隔に依存）の測定を要していたのに対し、実施形態によれば１回の測定で足りる。すなわち、予めプローブ光パルスを１波だけ入射して（Ｎ分岐の被測定光ファイバからの戻り時間から）分岐光線路の最長と最短の差ΔＬｍａｘを測定したうえで、周波数の等しいＸ個のプローブ光パルス（周波数ｆ０−ｆＢ）をτ＋２ΔＬｍａｘ／ν以上の時間差をもって入射するプローブ光パルス列と、プローブ光パルス列とは周波数の異なる１個のポンプ光パルス（周波数ｆ０）を更に時間差をもって入射することで、プローブ光パルス列とポンプ光パルスとの対向伝搬によりブリルアン利得スペクトルを求める。 In short, to obtain the distance direction of the Brillouin gain spectrum at a certain setting Brillouin frequency shift f B, X times in the existing technology: upon measurements (10-20 times branched optical line length and depends on the sampling distance interval) On the other hand, according to the embodiment, one measurement is sufficient. That is, only one probe light pulse is incident in advance (from the return time from the N-branch optical fiber to be measured), and the difference ΔL max between the longest and shortest of the branched optical lines is measured. A probe light pulse train that enters a probe light pulse (frequency f 0 -f B ) with a time difference of τ + 2ΔL max / ν or more and a pump light pulse (frequency f 0 ) having a frequency different from that of the probe light pulse train further has a time difference. By entering, a Brillouin gain spectrum is obtained by counter propagation of the probe light pulse train and the pump light pulse.
そして、或る設定ブリルアン周波数シフト（ｆＢ）での測定が完了した後、プローブ光パルス列とポンプ光パルスの周波数差を設定ブリルアンシフト間隔（Δｆ）ずつ変化させて設定ブリルアン周波数全帯域（ＦＢ）まで測定を繰り返し、距離方向に対するブリルアン利得分布を得ることで、光線路の特性分布を求めることができる。 After the measurement at a certain Brillouin frequency shift (f B ) is completed, the frequency difference between the probe light pulse train and the pump light pulse is changed by the set Brillouin shift interval (Δf) to set the entire Brillouin frequency band (F B ) Until the Brillouin gain distribution is obtained in the distance direction, the characteristic distribution of the optical line can be obtained.
以上から実施形態によれば、分岐光線路の個別の特性を測定することができる。しかも分岐光線路毎にＸ個のデータを一気に取得できるので、試験光入射待機時間を大幅に削減でき、従って測定時間を大幅に短縮することができる。 From the above, according to the embodiment, it is possible to measure individual characteristics of the branched optical line. In addition, since X pieces of data can be acquired at a time for each branch optical line, the test light incident standby time can be greatly reduced, and thus the measurement time can be greatly reduced.
これらのことから実施形態によれば、分岐光線路の個別の特性分布を高速で測定することの可能な分岐光線路の特性解析装置および分岐光線路の特性解析方法を提供することが可能となる。 Therefore, according to the embodiment, it is possible to provide a branching optical line characteristic analysis apparatus and a branching optical line characteristic analysis method capable of measuring individual characteristic distributions of the branching optical line at high speed. .
なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in each embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
１１…レーザ光源、１２…分岐素子、１３…光周波数シフタ、１４…オシレータ、１５…入射時間制御部、１６…光パルス化装置、１７…入射時間制御部、１８…光パルス化装置、１９…光アンプ、２０…光アンプ、２１…合波素子、２２…光サーキュレータ、２３…被測定光ファイバ、２４…光フィルタ、２６…光受信機、２７…Ａ／Ｄ変換機、２８…信号処理装置、２３０…基幹光ファイバ、２３１…光スプリッタ、２３２ｉ…分岐光線路、２３３ｉ…光反射フィルタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Laser light source, 12 ... Branch element, 13 ... Optical frequency shifter, 14 ... Oscillator, 15 ... Incident time control part, 16 ... Optical pulse device, 17 ... Incident time control part, 18 ... Optical pulse device, 19 ... Optical amplifier, 20 ... Optical amplifier, 21 ... Multiplexing element, 22 ... Optical circulator, 23 ... Optical fiber to be measured, 24 ... Optical filter, 26 ... Optical receiver, 27 ... A / D converter, 28 ... Signal processing device , 230 ... backbone optical fiber, 231 ... optical splitter, 232i ... branch optical line, 233i ... light reflection filter
Claims (8)
前記入射された試験光パルスに由来する戻り光パルスを受光して電気信号を発生する受光部と、
前記電気信号を処理する信号処理部とを具備し、
前記試験光パルス発生部は、
光周波数の等しいＸ個（Ｘは２以上の自然数）のプローブ光パルスを発生するプローブ光パルス発生部と、
前記複数の分岐光線路の遠端でそれぞれ反射された前記Ｘ個のプローブ光パルスに前記分岐光線路内で対向伝搬して衝突時にプローブ光パルスとインタラクションするポンプ光パルスを発生するポンプ光パルス発生部と、
前記受光された戻り光パルス同士の干渉を防止すべく前記Ｘ個のプローブ光パルスのパルス間隔を制御する制御部とを備え、
前記信号処理部は、
前記電気信号を解析して得られる前記戻り光パルスのブリルアン（Brillouin）利得スペクトル分布に基づいて前記複数の分岐光線路の特性を個別に解析することを特徴とする、分岐光線路の特性解析装置。 A test light pulse generator for generating a test light pulse incident on a plurality of branch optical lines connected to the optical splitter;
A light receiving unit that receives a return light pulse derived from the incident test light pulse and generates an electrical signal; and
A signal processing unit for processing the electrical signal,
The test light pulse generator is
A probe light pulse generator that generates X (X is a natural number of 2 or more) probe light pulses having the same optical frequency;
Pump light pulse generation for generating a pump light pulse that propagates oppositely to the X probe light pulses reflected at the far ends of the plurality of branch light lines and interacts with the probe light pulse at the time of collision. And
A control unit for controlling a pulse interval of the X probe light pulses in order to prevent interference between the received return light pulses,
The signal processing unit
A characteristic analysis device for a branched optical line characterized by individually analyzing the characteristics of the plurality of branched optical lines based on a Brillouin gain spectrum distribution of the return optical pulse obtained by analyzing the electrical signal .
前記プローブ光パルスのパルス幅をτｐｒｏｂｅとし、
光ファイバ中の光速をνとし、
隣り合うプローブ光パルスの入射時間差をＴｓとしたとき、
前記制御部は、Ｔｓ≧τｐｒｏｂｅ＋２ΔＬｍａｘ／νを満たすべく前記Ｘ個のプローブ光パルスのパルス間隔を制御する、請求項１に記載の分岐光線路の特性解析装置。 The difference in length between the longest branch optical line and the shortest branch optical line is ΔL max ,
The pulse width of the probe light pulse is τ probe ,
Let the speed of light in the optical fiber be ν,
When the incident time difference between adjacent probe light pulses is T s ,
2. The branching optical line characteristic analysis device according to claim 1, wherein the control unit controls a pulse interval of the X probe light pulses so as to satisfy T s ≧ τ probe + 2ΔL max / ν.
前記プローブ光パルス発生部は、光周波数（ｆ０−ｆＢ）のプローブ光パルスを発生する、請求項１に記載の分岐光線路の特性解析装置。 When the optical frequency of the pump light pulse is f 0 and the default Brillouin frequency shift is f B ,
2. The branching optical line characteristic analysis device according to claim 1, wherein the probe light pulse generator generates a probe light pulse having an optical frequency (f 0 −f B ).
前記プローブ光パルスと前記ポンプ光パルスとの光周波数差を変化させ、
前記戻り光パルスの光強度から得られる距離毎のブリルアン利得スペクトルの最大値を取るブリルアン周波数シフト量に基づいて、当該ブリルアン周波数シフト量の変化に寄与する物理量の特性分布を前記複数の分岐光線路毎に取得する、請求項１に記載の分岐光線路の特性解析装置。 The signal processing unit
Changing the optical frequency difference between the probe light pulse and the pump light pulse;
Based on the Brillouin frequency shift amount taking the maximum value of the Brillouin gain spectrum for each distance obtained from the light intensity of the return light pulse, the characteristic distribution of the physical quantity contributing to the change in the Brillouin frequency shift amount is represented by the plurality of branched optical lines. The characteristic analysis device for a branched optical line according to claim 1, which is acquired every time.
光周波数の等しいＸ個（Ｘは２以上の自然数）のプローブ光パルスを発生することと、
前記受光された戻り光パルス同士の干渉を防止すべく前記Ｘ個のプローブ光パルスのパルス間隔を制御することと、
前記Ｘ個のプローブ光パルスを入射することと、
前記複数の分岐光線路の遠端でそれぞれ反射された前記Ｘ個のプローブ光パルスに前記分岐光線路内で対向伝搬し衝突時にプローブ光パルスとインタラクションするポンプ光パルスを発生することと、
前記Ｘ個のプローブ光パルスが入射された後に前記ポンプ光パルスを入射することと、
前記受光された戻り光パルスを電気信号に変換することと、
前記電気信号を解析して得られる前記戻り光パルスのブリルアン（Brillouin）利得スペクトル分布に基づいて前記複数の分岐光線路の特性を個別に解析することとを具備することを特徴とする、分岐光線路の特性解析方法。 In the method for analyzing characteristics of a branched optical line, a test optical pulse is incident on a plurality of branched optical lines connected to an optical splitter, and a return optical pulse derived from the test optical pulse is received.
Generating X probe light pulses having the same optical frequency (X is a natural number of 2 or more);
Controlling the pulse interval of the X probe light pulses to prevent interference between the received return light pulses;
Incident the X probe light pulses;
Generating a pump light pulse that propagates counter-propagating in the branch optical line to the X probe light pulses respectively reflected at the far ends of the plurality of branch optical lines and interacts with the probe light pulse at the time of collision;
Incident the pump light pulse after the X probe light pulses are incident;
Converting the received return light pulse into an electrical signal;
Analyzing the characteristics of the plurality of branched optical lines individually based on a Brillouin gain spectrum distribution of the return optical pulse obtained by analyzing the electrical signal. Road characteristic analysis method.
前記プローブ光パルスのパルス幅をτｐｒｏｂｅとし、
光ファイバ中の光速をνとし、
隣り合うプローブ光パルスの入射時間差をＴｓとしたとき、
前記制御することは、Ｔｓ≧τｐｒｏｂｅ＋２ΔＬｍａｘ／νを満たすべく前記Ｘ個のプローブ光パルスのパルス間隔を制御する、請求項５に記載の分岐光線路の特性解析方法。 The difference in length between the longest branch optical line and the shortest branch optical line is ΔL max ,
The pulse width of the probe light pulse is τ probe ,
Let the speed of light in the optical fiber be ν,
When the incident time difference between adjacent probe light pulses is T s ,
The branching optical line characteristic analysis method according to claim 5, wherein the controlling controls a pulse interval of the X probe light pulses so as to satisfy T s ≧ τ probe + 2ΔL max / ν.
前記プローブ光パルスを発生することは、光周波数（ｆ０−ｆＢ）のプローブ光パルスを発生する、請求項５に記載の分岐光線路の特性解析方法。 When the optical frequency of the pump light pulse is f 0 and the default Brillouin frequency shift is f B ,
To generate the probe light pulses, generates a probe light pulse of optical frequency (f 0 -f B), characterization of a branch optical line according to claim 5.
前記プローブ光パルスと前記ポンプ光パルスとの光周波数差を変化させ、
前記戻り光パルスの光強度から得られる距離毎のブリルアン利得スペクトルの最大値を取るブリルアン周波数シフト量に基づいて、当該ブリルアン周波数シフト量の変化に寄与する物理量の特性分布を前記複数の分岐光線路毎に取得する、請求項５に記載の分岐光線路の特性解析方法。 The analysis is
Changing the optical frequency difference between the probe light pulse and the pump light pulse;
Based on the Brillouin frequency shift amount taking the maximum value of the Brillouin gain spectrum for each distance obtained from the light intensity of the return light pulse, the characteristic distribution of the physical quantity contributing to the change in the Brillouin frequency shift amount is represented by the plurality of branched optical lines. The method for analyzing characteristics of a branched optical line according to claim 5, wherein the characteristic analysis method is acquired every time.
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